[发明专利]一种气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料的制备方法，配位有机物溶液加入金属盐溶液中，搅拌均匀，蒸发水分，得配合物粉末，置于管式炉中，抽真空，通入氩气或氮气，一定温度下保温，得气泡膜状石墨烯包覆金属颗粒材料；混匀该金属颗粒材料和磷源，管式炉中，抽真空，通入氢氩混合气，保温，冷却，制得气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料。该制备方法能有效提高活性材料的利用率，石墨烯的高导电性促进电子/钠离子的传输，并在长时间循环后保持良好的稳定性，中空结构的金属磷化物可以缓解脱嵌钠离子过程中的体积效应，从而实现优异的储钠性能。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，涉及一种气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料的制备方法。

背景技术

最近几年，在“绿色”技术的推动下，锂离子电池己从便携式产品扩展到大规模应用，尤其是电动车领域。但地球上锂资源不能满足人类日益增长的需求。钠元素与锂元素在周期表中属于同族，与锂有着许多相似的化学性质，并且钠资源的存储量更为丰富。因此，钠离子电池也受到人们的关注。钠离子电池很大程度上依赖于电池材料的结构和性能。电极材料是电池的核心组成部分，钠离子电池的价格和性能主要取决于阳极材料的选择。

近年来，一系列新的阳极材料，包括金属磷化物、金属硫化物和金属氧化物，都得到了广泛的开发和利用。与金属硫化物和金属氧化物相比，金属磷化物材料具有较高的理论容量、较低的氧化还原电压，被认为是一种理想的电极材料。然而较差的导电性和充放电过程中过大的体积变化，成为其实际应用的瓶颈问题。中空结构可以显著缓解充放电过程中的体积变化，但中空结构堆叠会导致实际稳定性差（30%~50%），倍率性能（10%~30%）和比容量较低（~100 mAh/g）的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料的制备方法，制得稳定性较好，倍率性能和比容量较高的电极材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物电极材料的制备方法，具体按以下步骤进行：

1）按10～100mL去离子水中加入1mmol金属盐的比例，将金属盐完全溶解于去离子水中，形成金属盐溶液；

按10～100mL去离子水中加入15g配位有机物的比例，将配位有机物完全溶解于去离子水中，形成配位有机物溶液；

然后，将配位有机物溶液缓慢加入金属盐溶液中，在10～40℃温度下磁力搅拌1～5小时，充分混合，得前驱体溶液；

金属盐采用硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁、氯化钴、氯化镍、氯化铁、乙酸钴、乙酸镍或乙酸铁。

配位有机物采用聚乙烯吡咯烷酮、聚多巴胺或聚乙烯醇。

2）将前驱体溶液转移至旋转蒸发仪中，60～120 ℃温度下保温10～24小时，待水完全蒸发后，得配合物粉末；

3）将配合物粉末置于管式炉中，抽真空后，通入氩气或氮气，调节气体流量为10sccm～100sccm，以1～10℃/min 的升温速率升温至300～800℃，保温1～4h，自然冷却至室温，得气泡膜状石墨烯包覆金属颗粒材料；

4）按质量比1︰0.1～5，分别取气泡膜状石墨烯包覆金属颗粒材料和磷源，混合均匀，置于管式炉中，抽真空后，通入氢氩混合气，该混合气中氢气与氩气的体积比为1 : 5～10，以1～10℃/min的升温速率升温至200～600℃，保温1h～4h，自然冷却至室温，制得气泡膜状石墨烯包覆金属磷化物复合电极材料。

磷源采用NaH₂PO₂·H₂O、Na₂HPO₄·12H₂O或NaH₂PO₄·2H₂O。